Exploración robótica colaborativa de interiores

Abstract

Este proyecto se centra en la creación de mapas 2D de ambientes interiores desconocidos mediante la implementación de un sistema multi-robot cooperativo. El objetivo principal es reducir, en comparación a un sistema con un único robot, el tiempo total de exploración. Se focaliza en la robustez del sistema, eliminando el punto de falla único al trabajar con un sistema des-centralizado. Se construye una flota de robots, donde la plataforma motora se basa en un robot educativo preexistente, incorporándole el hardware necesarios para lograr el mapeo colaborativo. Se diseñaron los elementos estructurales para la integración de cada uno de los componentes mecánicos y eléctricos. Partiendo del trabajo realizado para el robot educativo, se modifica el firmware de control motor y se le agrega un módulo de comunicación con el fin de cumplir con los requerimientos del proyecto. Estas modificaciones se basan en los modelos obtenidos para el robot desarrollado. En cuanto a la solución de alto nivel, se utiliza el framework ROS2, aprovechando implementaciones ya existentes para la localización, mapeo y navegación. Siguiendo el enfoque de exploración basada en fronteras, se desarrolla un algoritmo de agrupación de fronteras, utilizando los centroides de dichas agrupaciones como objetivos de navegación. Para la distribución de dichos objetivos se implementa un método de subastas des-centralizado. Como metodología de trabajo se utiliza el simulador Gazebo, con el fin de desarrollar y testear las soluciones en un ambiente controlado, previo a la implementación física. Se realizan y presentan pruebas de alto nivel, tanto de la solución física como simulada. Se concluye que la exploración colaborativa reduce los tiempos de exploración en comparación con la exploración individual. También se destaca que el uso de una flota coordinada produce resultados superiores en comparación con una flota no coordinada. En conjunto, estos resultados respaldan la importancia de la colaboración y la coordinación en la exploración.